Write Amplification Analysis in Flash-Based Solid State Drives

此文发表于2009年

摘要

写入放大是限制基于NAND闪存的存储设备中的随机写入性能和写入耐久性的关键因素。GC对WAF的影响来自于OP 水平和回收策略的选择。在本文中，提出了一种新的基于日志结构的闪存SSD写入放大的概率模型。具体来说，通过量化分析op对WAF的影响，并通过仿真假设均匀分布的随机短写入的工作量。此外，我们提出了贪婪垃圾收集回收政策的修改版本，并比较了它们的性能，最后，我们分析评估分离静态和动态数据在减少写入放大方面的好处，以及如何通过适当的磨损均衡来解决耐久性问题。最后，评估静态和动态数据在减少WAF方面的好处，以及如何通过适当的磨损均衡来解决耐久性问题

第一部分

介绍
使用闪存的这些器件提供数量级的随机I / O性能和访问延迟比旋转硬盘驱动器（HDD）更好。NAND闪存具有独特的特性，这对SSD系统设计提出了挑战，尤其是随机写入性能和写入耐久性方面。
关于NAND性能主要来自out-of-place write的原因，如果使用write-in-place，则由于必要的读取，擦除和重新编程（写入）正在更新数据的整个块，闪存将表现出高延迟。但是，out-of-place write写入需要垃圾收集过程，这会导致额外的读写操作。而在引用文献【The design and implementation of a log-structured file system】中选择块进行垃圾收集的回收策略仅基于要获得的可用空间量，引用文献【An age-threshold algorithm for garbage collection in log-structured arrays and file systems】中定义的策略还包括自上次写入的带有数据的block以来所经过的时间。通常上，进行垃圾回收的目标块是有效页最少的块，比如说，高效的垃圾回收是通过延长保持块中的数据活跃无效来提高的。GC读写来源于块中有效无效页数。
与磁盘相比，闪存块最终会磨损随着program-erase周期数的增加，直到他们不能再被写了。WL技术尽可能耗尽program-erase周期（即，周期预算）